变压器保护讲义剖析_变压器保护讲稿

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变压器保护讲义

基本内容：

一、电力变压器运行状态及保护配置

二、变压器瓦斯保护

三、变压器的温度保护

四、变压器的纵差保护

五、变压器的电流电压保护

六、变压器保护小结

七、反时限电流保护

八、公司微机变压器保护的功能

一、电力变压器运行状态及保护配置

电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的安全运行是电力系统可靠工作的必要条件。虽然它无旋转部件，结构简单，运行可靠性高，但在实际运行中仍然会发生故障和不正常工作状态。

（一）变压器故障及异常运行状态

1.故障：分为油箱内部和油箱外部两种故障。

油箱内部故障：主要有相间短路、单相匝间短路、单相接地故障等。

危害：（1）会烧毁变压器；

（2）由于绝缘物和油在电弧作用下急剧气化，容易导致变压器油箱爆炸。

油箱外部故障：主要是绝缘套管和引出线上的相间短路及单相接地故障。

危害：可能引起变压器绝缘套管爆炸，从而破坏电力系统正常运行。

2.异常运行状态：（1）漏油造成的油位下降；

（2）由于外部短路引起的过电流或长时间过负荷、过电压等，使变压器绕组过热，绕组绝缘加速老化，甚至引起内部故障，缩短变压器的使用寿命。

（二）变压器保护配置

DL400-1991《继电保护和安全自动装置技术规程》规定[4]，变压器应装设如下保护：

为反应油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装设气体保护。

为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器，以及6.3MVA及以上的厂用变压器，应装设纵差保护；对于10MVA以下变压器且过电流时限大于0.5s时，应装设电流速断保护；对于2MVA以上变压器，当电流速断保护的灵敏系数不满足要求时，则宜于装设纵差动保护。

为反应外部相间短路引起的过电流和作为气体、纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，应装设过流保护。

1.瓦斯保护。用来反应变压器内部故障，当变压器内部发生故障，油分解产生气体或当变压器油面降低时，瓦斯保护动作。容量在800KVA及以上的油浸式变压器一般都应装设瓦斯保护。

2.纵联差动保护。用来反应变压器内部及引出线套管的故障，容量在10MVA及以上单台运行的变压器、容量在6.3MVA及以上并列运行的变压器，都应装设纵联差动保护。

3.电流速断保护。用来反应变压器外部短路故障。容量在10MVA以下单台运行的变压器、容量在6.3MVA以下并列运行的变压器，一般装设电流速断保护。4.过电流保护。用来反应变压器内部和外部故障，作为纵联差动保护或电流速断保护的后备保护。5.过负荷保护。用来防止变压器对称过负荷，因此保护装置只接在某一相的电路中，并且动作于信号。

6.温度保护。为了监视变压器的上层油温不超过规定值（一般为85℃）当超过油温规定值时，温度保护动作发出信号后或自动开启变压器冷却风扇。7.启动风冷 变压器室门打开 有载调压等

油浸式变压器干式变压器区别

1、油浸变压器的应用范围很广。可以在户内，也可以在户外。特别适合于户外。

2、干式变压器使用于户内。主要使用在特别重要的地方和有防火要求的高楼、医院、机场、车站、地铁、大超市及商店、剧院、学校等场所。

3、油浸变对周围环境没有特别的要求，当然不能有火险的地方。而干变对环境有些要求，如不能太潮湿、不能有太多的灰尘和污秽的场所。通风要良好等。

2、两卷变 三卷变

如一台110KV/35KV/10KV的变压器，110KV是高压侧，10KV是低压侧，而35KV就是中压侧。

由于变压器的绕组是由一匝一匝的线圈绕成，人们就形象地称之为变压器的一个“卷”；一般人们将A、B、C三相合在一起，称之为变压器的一个“卷”，就是高压侧一个卷，中压侧一个卷，低压侧一个卷；二卷变压器就是有高压和低压二个电压等级的变压器，三卷变压器就是有高压、中压、低压三个电压等级的变压器。

二、变压器瓦斯保护

1.原理：

电力变压器是利用变压器油作绝缘和冷却介质的，因此当变压器油箱内部发生各种故障时，短路电流都会产生电弧，使变压器油和其他绝缘物分解，产生大量的气体。利用这些气体形成的压力或冲力可使保护动作。这种反应气体形成的压力而动作的保护装置，叫做瓦斯保护。2.结构组成及动作原理：

气体保护的主要元件是气体继电器。气体继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中。为了使气体在管道中更好地流动，在安装具有气体继电器的变压器时，变压器顶盖与水平面间应有1％～1.5％的坡度；通往继电器的连接管应具有2％～4％的坡度。这样当变压器内部发生故障时，可使气流易于进入油枕，便能防止气泡积聚在变压器的顶盖内。

（1）轻瓦斯保护：正常运行时，气体继电器充满油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧触点是断开的。当内部出现故障时，油分解产生气体，油面下降，开口杯随之下降。当气体积聚增多时，与开口杯固定在一起的永久磁铁使干簧触点接通，发出轻瓦斯信号。

（2）重瓦斯保护：当变压器内部发生严重故障时，将产生强烈的气体，使变压器内部压力突增，产生强烈的油流，油流、气流冲击挡板，挡板带动磁铁向干簧触点方向移动，使干簧触点接通，作用于跳闸。

气体继电器顶部的放气阀收集气体，用于化验分析瓦斯气体的成分。

瓦斯保护具有灵敏度高、动作迅速、接线简单等特点，特别是当变压器内发生匝间短路的匝数很少时，故障回路的电流虽然很大（这时将造成严重过热），但反应在外部电路的电流变化很小，这时差动保护可能不动作，而瓦斯保护却能可靠动作。因此，对于变压器油箱内部的各类故障，瓦斯保护较差动保护更加灵敏可靠。但应注意的是瓦斯保护只能反应油箱内部范围出现的故障，对油箱外部的故障它是不可能反应的。

三、变压器的温度保护

变压器油的温度越高，劣化速度越快，使用年限越少。当油温达115～120℃时，油开始劣化，而到140～150℃时劣化更明显，以致不能使用。油温越高将促使变压器绕组绝缘加速老化影响其寿命。

运行中规定变压器上层油温最高允许值为95℃，正常情况下不应超过85℃。因此运行中对变压器的上层油温要进行监视。

在变压器内部安装温度继电器，用温度继电器来监视变压器的油温。温度超过85℃时，温度继电器的高温保护接点闭合，发出告警信号；温度超过95℃时，超温保护接点闭合，作用于跳闸。

对于干式变压器，通常只装设温度保护继电器，而不装设瓦斯保护继电器。

四、变压器的纵差保护

变压器的纵差保护主要用来反应变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障。

（一）变压器纵差保护工作原理

双绕组变压器两侧都装设电流互感器，其二次绕组按环流法接线，即如果两侧电流互感器的同极性端子都朝向母线侧，则将同极性端子相连，并在两边线之间并联接入电流继电器。在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器二次侧电流之差，也就是说差动继电器是接在差电流回路中的。

从理论上讲，正常及外部故障时，差动回路中的电流为零。实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常和外部短路时，差动回路中仍有电流，即不平衡电流Iunb,此时流过差动继电器的电流IKD为

IKD＝I1I2＝Iunb

要求不平衡电流尽可能地小，确保继电器不会误动作。当变压器内部发生相间故障时，在差动回路中由于I2改变了方向或等于零（无电源侧），这时流过继电器的电流为I1与I2之和，为全部短路电流，即 IKD＝I1I2＝IK

使继电器可靠动作。

显然，变压器的差动保护范围是构成变压器差动保护电流互感器之间的电气设备，以及连接这些电气设备的导线。由于差动保护对区外故障不会动作。因此 

差动保护不需要与保护区外相邻元件在动作值和动作时限上互相配合，所以在区内故障时，可瞬时动作。整定原则

(1)大于变压器的最大负荷电流；

(2)躲过区外短路时的最大不平衡电流；

(3)躲过变压器的励磁涌流。

（二）产生不平衡电流的主要因素及解决措施

由于变压器在结构和运行上的一些特殊性，使它实际上在保护范围内没有故障时也有较大的不平衡电流流过继电器，所以必须设法减小和躲过不平衡电流，以防纵差保护误动作。

产生不平衡电流的主要原因是变压器各侧的额定电压和电流的大小及相位不同；变压器空载时在电源侧有很大的励磁涌流出现；变压器两侧差动用的电流互感器不可能采用同型号、同规格；电流互感器的变比选择不完全合适等等。1.变压器各侧电流相位不同 2.两侧电流互感器的型号不同

3.变压器各侧电流互感器的实际变比与计算变比不一致 4.变压器的励磁涌流

5.变压器在运行中带负载调整分接头

五、变压器的电流电压保护

（一）变压器电流速断保护

1.保护范围：对于小容量变压器，在电源侧装设电流速断保护，以快速反映油箱外部电源侧套管及引出线故障。

与瓦斯保护相配合，构成小容量变压器的主保护。2.动作电流整定原则：

变压器电流速断保护的动作电流Iop应按下列条件之一选择：

（1）按躲过变压器负载侧母线上短路时，流过保护的最大短路电流选择

IopKrelIk.max Krel----可靠系数；

Ik.max----最大运行方式下变压器负荷侧母线上三相短路时，流过保护的最大短路电流。

（2）按躲过变压器空载投入时的励磁涌流选择为

Iop=(3～5)IN IN----变压器保护安装侧的额定电流。

按上述两条件选择其中较大者。

3.灵敏度校验：应选在电源侧进线端，以保证电源侧套管在其保护范围内，即要求保护安装处发生两相金属性短路时灵敏度不小于2。灵敏度：保护装置的动作电流能够使电流保护在正常运行时不误动作，在被保护范围内短路时可靠动作。而能否可靠动作的关键是，短路电流是否确保比保护动作电流大一定倍数。这个短路电流与动作电流之比的倍数就是保护装置的灵敏

度。

由于在整定值上躲过负载侧发生故障时流过保护的最大电流，所以不能保护变压器内部全部绕组，在保护动作后，可瞬时断开变压器两侧断路器。4.优点：接线简单，动作迅速

缺点：当系统容量不大时，由于短路电流随故障点的变化曲线变得更为平坦，使得保护区很小，甚至保护不到变压器电源侧的绕组，在电流速断保护外的故障，只能靠过电流保护动作于跳闸，结果延长了动作时间。

（二）变压器过电流保护 1.保护范围：反映变压器外部短路引起的过电流，并作为变压器本身故障的后备保护。

2.动作电流的整定原则：

动作电流Iop按躲过变压器的最大负荷电流整定，即

IopKrelIL.max KreKrel----可靠系数，取1.2～1.3 Kre----返回系数，取0.85～0.95 IL.max----最大负荷电流

（三）过载保护

变压器的过载电压，在大多数情况下都是三相对称的，所以过载保护只需在一相上装一个电流继电器。为了防止在外部短路或在短时过载时发出不必要的信号，过载保护通常都经过延时动作于信号。

过载保护的动作电流，按躲过额定电流来整定。即

IopKrelIN KreKrel----可靠系数，取1.05 Kre----返回系数，取0.85 IL.max----保护安装侧的额定电流

过载保护的动作电流，应大于过电流保护动作时限1～2个时限差，保护动作只发出信号。过载保护与过电流保护合用一组电流互感器。

六、变压器保护小结

变压器的故障分为油箱内部和油箱外部故障两种。变压器的不正常工作方式有过电流、过载、油面降低等。变压器的主保护有瓦斯保护、纵差保护。主保护的配置与变压器的容量有关，瓦斯保护反应油箱内容的各种故障，但不能反应套管及引出线的故障，因此不能单独作为变压器的主保护，而是与纵差保护或电流速断保护一起，共同作主保护。变压器纵差保护，作为主保护之一，其问题是不

平衡电流大，如何克服和减少这些不平衡电流是关键。在不平衡电流中，外部故障时引起的不平衡电流和变压器的励磁涌流影响最大，因此采用具有速饱和特性的差动继电器构成的差动保护装置，可减小由此产生的不平衡电流的影响，尤其是励磁涌流。

七、反时限过流保护

反时限保护是在电力行业多用于发电厂的厂用电动机保护，其意思是：被保护设备（如电动机）故障时，故障电流（或称短路电流）越大，该继电保护的动作延时越小，即：上述电流和与动作时间成反比；

八、公司微机变压器保护的功能

微机变压器综合保护装置可对各种厂用、站用即用户变压器提供完善的综合保护功能。

 定时限过流保护

 三相三段定时限过流保护(速断、限时速断、定时限过流) 带复合电压闭锁元件  带方向闭锁元件  反时限过流保护

 标准反时限 / 正常反时限 / 极端反时限3种曲线可选  过负荷保护

 告警 / 跳闸可以选择  定时限负序电流保护  高压侧零序过流保护

 带零序方向闭锁元件  告警 / 跳闸可选择  低压侧定时限零序电流保护  低电压保护

 带电流闭锁元件  零序过压保护

 告警 / 跳闸可以选择  轻瓦斯高温保护告警  重瓦斯超温保护跳闸  联锁跳闸功能  PT断线检测 高压侧不平衡电流保护

装置通过计算变压器高压侧实际运行电流的负序分量构成不平衡电流保护。对于变压器的各种不平衡故障，如不平衡运行、断相、反相等，可投入不平衡电流保护。

不平衡电流，也称负序电流。程序算法：将Ic后移60。，再与Ia相加，再除以3。结论：

（1）单独在A相或C相加入电流，需加入3倍整定值的电流，不平衡电流保护才能动作；

（2）将A、C两相正向串联加入电流，需加入1倍整定值的电流，不平衡电流保护才能动作；

（3）将A、C两相反向串加入电流，需加入3倍整定值的电流，不平衡电流保护才能动作。高压侧零序电流保护

高压侧采用专用零序CT，可准确检测零序电流，当零序电流大于整定值并达到整定延时后保护动作。低压侧定时限零序电流保护

本装置可单独采集低压侧零序电流，用于保护低压侧的接地故障。因配电变压器低压侧为直接接地系统，当发生接地故障时故障电流较大，所以本保护的整定范围也较大。本体保护

本装置配有四路外部保护的输入接口，变压器本体保护的动作接点输入该接口后经装置重动出口，既能简化二次设计，又能对变压器本体保护的动作情况进行显示和记录。针对油浸式变压器和干式变压器，装置分为轻瓦斯保护、重瓦斯保护、高温保护、超温保护四个输入接口。